以管窥天
天文望远镜惊情400年


文章出自:博物 2009年第03期 作者: 孙正凡 

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1609年,伽利略把望远镜指向了天空,2009年,全世界的人们再次一起仰望繁星。是啊,天文望远镜诞生的400年中,人们将手中的望远镜不断花样翻新,为了要看到更远的地方,为了要看到更加美丽的星空。每一步发展都改变人类认识世界的深度与广度。

你走你的阳关道,我过我的独木桥

伽利略vs牛顿

1609年,荷兰眼镜商造出了“望远镜”,意大利的伽利略根据听到的方法,硬是一手制造了当时最好的望远镜,可以放大20多倍,并用它们发现了天空中的奇迹——月亮上的环形山、太阳黑子、金星的盈亏变化,更辨认出那迷人而模糊的“牛奶路”(银河)居然是扎堆的星星。由此,这种两个透镜组合而成“折射望远镜”在江湖上扬名立万。直到今天,我们看球赛的望远镜依然和当年伽利略设计的类似。

可就在伽利略老太爷去世那年,英伦三岛上出生了一个叫牛顿的小子,并在1689年别出心裁,放弃透镜,用反射镜同样制造出了望远镜,开创了反射式望远镜的流派,并以此晋身英国的科学院——皇家学会。从此天文望远镜家族开始“折射式”(lens-type)和“反射式”(mirror-type)的“路线之争”,还好这个竞争是相互促进,而不是像人间的恶兄弟相互拆台。

说白了,折射式与反射式的区别在于,一种用透镜,一种用凹面镜。对于这两种东西,物理课本上说得清楚——都是改变光路用的,这个时候用两种不同的望远镜看天空,效果并无什么差别,但在以后的数百年中,两种望远镜产生了两种截然不同的效果。

最初的望远镜 简约而不简单
前面的凸透镜作为“物镜”成像,后面的凹透镜作为“目镜”将像放大,如此简约的望远镜却使得伽利略发现了惊为天人的秘密:原来银河中的“水”是恒星,原来月球上布满了环形山,原来木星也拥有“小月亮”——卫星,于是他发现的这四颗土星卫星就被后人叫做“伽利略卫星”了。
牛顿的旁门左道 望远镜不用玻璃?
不管怎么说,伽利略用单一凸透镜做望远镜物镜的效果还是不尽如人意——玻璃对不同颜色光的汇聚作用不同,成像变得五颜六色模糊不清,称为“色差“现象。此时牛顿的别出心裁引发了望远镜发展的一次革命——用金属片制成“球面凹镜”作为物镜,这种望远镜将“色差”问题远远抛在脑后。
木星及其一个卫星

谁能看得更远?口径说了算

牛顿们的阶段性胜利

天体越遥远,看起来就越暗,人们很快就意识到要想看清更暗弱的天体,就需要更大口径的望远镜收集更多的光——就如同在下雨天,想得到更多的雨水就需要更大的木盆。伽利略制作的折射望远镜口径只有4.2厘米,“折射式”流派的巅峰之作——叶凯士望远镜也不过只有1.01米,没有能够做到更大的原因,主要是受到先天因素——“像差”的影响。因为透镜或者透镜组的玻璃,对不同波段的光线折射率不同,“功力”无法尽情施展,成像效果难以恭维。

责任编辑 / 张超 

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